汕头大学：《光电子基础》课程教学资源（实验讲义）光电子基础实验讲义（第一版，共十六个实验）

汕头大学“光电信息科学与工程”本科专业 光电子基础实验讲义 第一版 广东省物理实验教学示范中心 光电子技术实验室编 2017年1月

汕头大学“光电信息科学与工程”本科专业 光电子基础实验讲义 第一版 广东省物理实验教学示范中心 光电子技术实验室编 2017 年 1 月

目 录 实验一 电光调制实验… 实验二 声光调制！ .9 实验三 光电倍增管电流倍增特性与特性参数测量实验…15 实验四 光电探测器性能指标测量实验…24 实验五 太阳能电池光伏特性测量实验…31 实验六 LD泵浦固体激光器的光路调整实验….37 实验七 半导体激光器输出特性测量实验， 42 实验八 氦氖激光器谐振腔调整及测量实验 .48 实验九 LED光电特性测试实验 .52 实验十 四象限探测器测量实验 .59 实验十一氦氖激光模式分析实验 .64 实验十二高斯光束的传输与变换实验， .72 实验十三LD泵浦Nd:YV04固体激光器性能参数测量实验.73 实验十四 LED温度特性及色度测量实验， .81 实验十五 LD耦合光纤激光器光电特性及温度特性测试实验.92 实验十六 线阵和面阵CCD传感器原理实验… ……99

目    录 实验一 电光调制实验…………………………………………………………1 实验二     声光调制………………………………………………………………………………………… 9 实验三 光电倍增管电流倍增特性与特性参数测量实验……………………15 实验四     光电探测器性能指标测量实验………………………………………24 实验五 太阳能电池光伏特性测量实验………………………………………31 实验六 LD 泵浦固体激光器的光路调整实验……………………………….37 实验七     半导体激光器输出特性测量实验……………………………………………………42 实验八     氦氖激光器谐振腔调整及测量实验……………………………………………….48 实验九     LED 光电特性测试实验……………………………………………………………………52 实验十     四象限探测器测量实验………………………………………………………………….59 实验十一    氦氖激光模式分析实验………………………………………………………………….64 实验十二    高斯光束的传输与变换实验………………………………………………………..72 实验十三    LD 泵浦 Nd: YVO4 固体激光器性能参数测量实验………………………..73 实验十四    LED 温度特性及色度测量实验……………………………………………………81 实验十五    LD 耦合光纤激光器光电特性及温度特性测试实验……………………92 实验十六 线阵和面阵 CCD 传感器原理实验…………………………………99

实验一 电光调制实验 一、实验目的 1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法： 2、观察电光调制实验现象，并测量电光晶体的各参数。 3、实现模拟光通讯. 二、实验仪器 光学导轨、X轴一维调节滑座、起偏器及手动X轴旋转架、检偏器及手动X轴旋转架、 入/4波片及手动X轴旋转架、固体激光器、电光调制器、光电探测器、电光调制实验仪、 信号源 三、实验原理 某些晶体（固体或液体）在外加电场中，随着电场强度E的改变，晶体的折射率会发生 改变，这种现象称为电光效应。通常将电场引起的折射率的变化用下式表示： n=n°+aE。+bE+… (1) 式中a和b为常数，n°为E=O时的折射率。由一次项aE引起折射率变化的效应，称为一次 电光效应，也称线性电光效应或普克尔电光效应：由二次项引起折射率变化的效应，称为二 次电光效应，也称平方电光效应或克尔效应。电光效应根据施加的电场方向与通光方向相对 关系，可分为纵向电光效应和横向电光效应。利用纵向电光效应的调制，叫做纵向电光调 制：利用横向电光效应的调制，叫做横向电光调制。晶体的一次电光效应分为纵向电光效应 和横向电光效应两种。把加在晶体上的电场方向与光在晶体中的传播方向平行时产生的电光 效应，称为纵向电光效应，通常以KDP类型晶体为代表。加在晶体上的电场方向与光在晶 体里传播方向垂直时产生的电光效应，称为横向电光效应，以LNbo,晶体为代表。 (一)一次电光效应 n3 图1折射率椭球 铌酸锂晶体具有优良的压电、电光、声光、非线性等性能。本实验中采用的是LN电光晶 体.它的工作原理如下： y

1 实验一 电光调制实验 一、 实验目的 1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法; 2、观察电光调制实验现象,并测量电光晶体的各参数。 3、实现模拟光通讯. 二、 实验仪器 光学导轨、X 轴一维调节滑座、 起偏器及手动 X 轴旋转架、检偏器及手动 X 轴旋转架、 λ/4 波片及手动 X 轴旋转架、固体激光器、电光调制器、光电探测器、电光调制实验仪、 信号源 三、 实验原理 某些晶体（固体或液体）在外加电场中，随着电场强度 E 的改变，晶体的折射率会发生 改变，这种现象称为电光效应。通常将电场引起的折射率的变化用下式表示: 0 2 0 0 n n aE bE     (1) 式中a和b为常数， 0 n 为E0=0时的折射率。由一次项aE0引起折射率变化的效应，称为一次 电光效应，也称线性电光效应或普克尔电光效应；由二次项引起折射率变化的效应，称为二 次电光效应，也称平方电光效应或克尔效应。电光效应根据施加的电场方向与通光方向相对 关系，可分为纵向电光效应和横向电光效应。利用纵向电光效应的调制，叫做纵向电光调 制；利用横向电光效应的调制，叫做横向电光调制。晶体的一次电光效应分为纵向电光效应 和横向电光效应两种。把加在晶体上的电场方向与光在晶体中的传播方向平行时产生的电光 效应，称为纵向电光效应，通常以KD P 类型晶体为代表。加在晶体上的电场方向与光在晶 体里传播方向垂直时产生的电光效应，称为横向电光效应 ，以 LiNbo3 晶体为代表。 （一）一次电光效应 铌酸锂晶体具有优良的压电、电光、声光、非线性等性能。本实验中采用的是 LN 电光晶 体. 它的工作原理如下： 图 1 折射率椭球 Z y x n n n3

LN晶体是三方晶体m=n2=n。,n3=n。,折射率椭球为以z轴为对称轴的旋转椭球， 垂直于z轴的截面为圆，如图1所示：其电光系数为： 0 -Y22 Y13 0 Y22 YBs 0 0 Y33 0 Y51 0 Y51 0 0 1-y2 0 0 没有加电场之前，LN的折射率椭球为 x2+y2, 3=1 (2) n n2 加上电场之后，其折射率椭球变为： a++少-a,w-1 (3) 进行主轴变换后得到： 民侵 (4) 考虑到”722E:<1,经化简得到 1 n=no+noyzEx 13 n,=n0-5n6Y22E 2 (5) 当X轴方向加电场时，新折射率椭球绕Z轴转动45°。折射率椭球界面的椭圆方程化为： (6) 经过晶体后，0光和e光产生的相位差为： 6-2要a-,1-受日 (7) 式中，d为外加电场方向上（即x方向）的晶体厚度，V为加在晶体x方向上的电压，E=片·

2 LN 晶体是三方晶体 1 2 n n  = o n ， 3 e n n  ，折射率椭球为以 z 轴为对称轴的旋转椭球， 垂直于 z 轴的截面为圆,如图 1 所示：其电光系数为： 22 13 22 13 33 51 51 22 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0                             没有加电场之前，LN 的折射率椭球为 22 2 2 2 1 o e xy z n n    （2） 加上电场之后，其折射率椭球变为: 2 1 1 1 22 2 2 22 0 2 2 22 0                      E y E xy n Ex x n x x    （3） 进行主轴变换后得到： 1 1 1 2 2 22 0 2' 2 22 0                     E y n Ex x n x   （4） 考虑到 n 22Ex 2 0  <<1，经化简得到 x x n n n 22E 3 0 0 2 1 ,    x y n n n 22E 3 0 0 2 1 ,    (5) 当 X 轴方向加电场时，新折射率椭球绕 Z 轴转动 45 。折射率椭球界面的椭圆方程化为： ௫′2 ௡ೣ′ 2 ൅ ௬′2 ௡೤′ 2 ൌ 1 (6) 经过晶体后,o 光和 e 光产生的相位差为: ' ' 2 ( ) x y n n      3 0 22 2 l l nV d     （7） 式中，d为外加电场方向上（即x方向）的晶体厚度，V为加在晶体x方向上的电压，ܧ௫ ൌ ௏ ௗ

(二)电光调制原理 2.1横向电光调制 图2为典型的利用LNbo,晶体横向电光效应原理的激光强度调制器。 “快”抽 (平行于x'轴) “慢”轴 电光晶体 〔平行于轴) 入射光束 输出光束 起偏器 (平行千x轴) 四分之一波片检偏器 (平行于y轴) 图2横向电光调制示意图 入射光经起偏振片后变为振动方向平行于x轴的线偏振光，它在晶体的感应轴x' 和y轴上的投影的振幅和相位均相等，设分别为 e =Ao cosot,e=Ao cosor (8) 或用复振幅的表示方法，将位于晶体表面(=0)的光波表示为 E(0)=A,E.(O)=A (9) 所以，入射光的强度是 1cE.E=|E(0)+E,(0=2A (10) 当光通过长为1的电光晶体后，x'和y两分量之间就产生相位差6，即 E(=A E (1)=Ae-16 (11) 通过检偏振片出射的光，是该两分量在y轴上的投影之和 ，6-后e- (12) 其对应的输出光强I:可写成 4,e,(G,=号e-e-训-2sm9 (13) 所以光强透过率T为 T= =sin28 (14) 由(7)(14)式可以看出，6和V有关，当电压增加到某一值时，X’、Y’方向的偏振光经过晶体 后产生2的光程差，位相差δ=元，T=100%,这一电压叫半波电压，通常用或表示。 V,是描述晶体电光效应的重要参数，在实验中，这个电压越小越好，如果V,小，需要的调制信

3 （二） 电光调制原理 2.1 横向电光调制 图2为典型的利用 LiNbo3 晶体横向电光效应原理的激光强度调制器。 图 2 横向电光调制示意图 入射光经起偏振片后变为振动方向平行于 x 轴的线偏振光，它在晶体的感应轴 x′ 和 y′轴上的投影的振幅和相位均相等，设分别为 x' ' 0 0 e cos , cos y   A te A t   （8） 或用复振幅的表示方法，将位于晶体表面（z=0）的光波表示为 x (0) , (0) ' y E AE A    (9) 所以，入射光的强度是 2 2 2 (0) (0) 2 i xy I    EE E E A     (10) 当光通过长为 l 的电光晶体后，x′和 y′两分量之间就产生相位差δ，即 i y x E l Ae E l A    ( ) ( ) ' ' (11) 通过检偏振片出射的光，是该两分量在 y 轴上的投影之和 ( 1) 2 ( )0   i y e A E (12) 其对应的输出光强 It 可写成 2 [( 1)( 1)] 2 sin 2 [( ) ( ) ] 2 2 2 0 0    e e A A I E E i i t y y         (13) 所以光强透过率 T 为 2 sin2    i t I I T (14) 由(7)(14)式可以看出，δ和V有关，当电压增加到某一值时，X’、Y’方向的偏振光经过晶体 后产生 2  的光程差，位相差 0 0     , 100 T ，这一电压叫半波电压，通常用V 或 2 V 表示。 V 是描述晶体电光效应的重要参数，在实验中，这个电压越小越好，如果V 小，需要的调制信

号电压也小，根据半波电压值，我们可以估计出电光效应控制透过强度所需电压。 由(7)式 V. 入 d 2ny22 (15) 其中d和分别为晶体的厚度和长度。由此可见，横向电光效应的半波电压与晶片的几何尺 寸有关，如果使电极之间的距离d尽可能的减小，而增加通光方向的长度1，则可以使半波电 压减小，所以通常加工成细长的扁长方体。 由(7)、(15)式 V 6=π (16) 因此，将(14)式改写成 T=sin2πy=sin2元（。化+V sin of） 2V 2Ψ (17) 其中'。是直流偏压，'sin ot是交流调制信号，'m是其振幅，0是调制频率，从(17)式可 以看出，改变V。或'V,输出特性，透过率将相应的发生变化。 由于对单色光， π2为常数，因而T将仅随晶体上所加电压变化，如图3所示，T与V的关 系是非线性的，若工作点选择不适合，会使输出信号发生畸变。但在：附近有一近似直线部 直线部分称作线性工作区，由上式可以看出：当V=辽时，心=) T1.0 光出 0.5 电压输入 图3T与V的关系曲线图

4 号电压也小，根据半波电压值，我们可以估计出电光效应控制透过强度所需电压。 由（7)式        l d n V 22 3 0 2    (15) 其中d 和l 分别为晶体的厚度和长度。由此可见，横向电光效应的半波电压与晶片的几何尺 寸有关，如果使电极之间的距离d 尽可能的减小，而增加通光方向的长度l , 则可以使半波电 压减小，所以通常加工成细长的扁长方体。 由（7）、（15）式    V V  (16) 因此，将（14）式改写成   V V t V V V T m      sin 2 sin 2 sin 0 2 2    (17) 其中V0 是直流偏压， sin V t m  是交流调制信号，Vm 是其振幅， 是调制频率，从（17）式可 以看出，改变V0 或Vm 输出特性，透过率将相应的发生变化。 由于对单色光， 3 0 22 n   为常数，因而T将仅随晶体上所加电压变化，如图3所示，T与V的关 系是非线性的，若工作点选择不适合，会使输出信号发生畸变。但在 2 V 附近有一近似直线部 分，这一直线部分称作线性工作区，由上式可以看出：当 1 2 V V   时， 0 0 , 50 2 T     。 图3 T与V的关系曲线图

2.2改变信号源各参数对输出特性的影响 D当匕二分。V《化时，将工作点选定在线性工作区的中心处，此时，可获得较高频率的 线性调制， 把'= 代入(17)式，得 2 r品} -2m j】 (18) 当'《W时 }个 (19) 即TocV,sinot,这时，调制器输出的波形和调制信号波形的频率相同，即线性调制。 (2当=，。>V,时，调制器的工作点虽然选定在线性工作区的中心，但不满足小信号 调制的要求，(18)式不能写成公式(19)的形式，此时的透射率函数(18)应展开成贝赛尔函 数，即 sin2@t+J sin 5t+ (20) 由(20)式可以看出，输出的光束除包含交流的基波外，还含有奇次谐波。此时，调制信号的 幅度较大，奇次谐波不能忽略。因此，这时虽然工作点选定在线性区，输出波形仍然失真。 (3)当'%=0，'m《W时，把'=0代入(16)式 修小 -cm) (21)

5 2.2 改变信号源各参数对输出特性的影响 （1）当 0 2 V V   ，V V m   时, 将工作点选定在线性工作区的中心处,此时,可获得较高频率的 线性调制, 把 0 2 V V   代入（17）式，得                                                  V t V V t V V t V T m m m            1 sin sin 2 1 sin 2 1 cos 2 1 sin 4 2 sin2 (18) 当V V m   时                 t V V T m    1 sin 2 1 (19) 即 sin TV t  m  ,这时，调制器输出的波形和调制信号波形的频率相同，即线性调制。 （2）当 0 , 2 m V V VV     时,调制器的工作点虽然选定在线性工作区的中心，但不满足小信号 调制的要求，（18）式不能写成公式（19）的形式，此时的透射率函数（18）应展开成贝赛尔函 数，即                                                   t  V V t J V V t J V V J V t V T m m m m             2 sin sin 2 sin 5 1 sin sin 2 1 1 3 5 (20) 由（20）式可以看出，输出的光束除包含交流的基波外，还含有奇次谐波。此时，调制信号的 幅度较大，奇次谐波不能忽略。因此，这时虽然工作点选定在线性区，输出波形仍然失真。 （3）当 0 V  0 ,V V m   时，把 0 V  0 代入（16）式  t V V t V V t V V V t V T m m m m             1 cos2 8 1 sin 4 1 1 cos sin 2 1 sin 2 sin 2 2 2 2                                             (21)

即Tcc0s2t。从(21)式可以看出，输出光是调制信号频率的二倍，即产生“倍频”失真。 若把'。=V代入(17)式，经类似的推导，可得 -cos2om） (22) 即T oc cos2ot,“倍频”失真，这时看到的仍是“倍频”失真的波形。 因此直流偏压V。在零伏附近或在V云附近变化时，由于工作点不在线性工作区，输出波形将 分别出现上下失真。 综上所述，电光调制是利用晶体的双折射现象，将入射的线偏振光分解成0光和光，利用 晶体的电光效应由电信号改变晶体的折射率，从而控制两个振动分量形成的像差δ，再利用光 的相干原理两束光叠加，从而实现光强度的调制。晶体的电光效应灵敏度极高，调制信号频率 最高可达10°至10Hz,因此在激光通信、激光显示等领域内，电光调制得到非常广泛的应用。 四、 实验装置与仪器 电光调制实验系统由光路和电路两大单元组成，如图4所示，其中光路系统由激光器、起偏 器、电光晶体、检偏器与光电探测器以及四分之一波片组成。电路系统包括激光电源、晶体配 置高压电源、交流调制信号发生器、偏压与光电流指示表，以及光电探测器、光电转换电路等。 起偏器 电光晶体 1/4波片检偏器 激光器 光电探测器 激光器电源 电光调制实验仪 示波器 信号源 图4电光调制实验装置 信号源面板如图5所示， 电光调制实验仪信号派 日日8日 GCDET-C

6 即T t  cos 2 。从（21）式可以看出，输出光是调制信号频率的二倍，即产生“倍频”失真。 若把V V 0   代入（17）式，经类似的推导，可得  t V V T m   1 cos 2 8 1 1 2 0            （22） 即 T t  cos 2 ，“倍频”失真,这时看到的仍是“倍频”失真的波形。 因此直流偏压V0在零伏附近或在V 附近变化时，由于工作点不在线性工作区，输出波形将 分别出现上下失真。 综上所述，电光调制是利用晶体的双折射现象，将入射的线偏振光分解成o光和e光，利用 晶体的电光效应由电信号改变晶体的折射率，从而控制两个振动分量形成的像差 ，再利用光 的相干原理两束光叠加，从而实现光强度的调制。晶体的电光效应灵敏度极高，调制信号频率 最高可达109 至1010Hz，因此在激光通信、激光显示等领域内，电光调制得到非常广泛的应用。 四、 实验装置与仪器 电光调制实验系统由光路和电路两大单元组成，如图4所示，其中光路系统由激光器、起偏 器、电光晶体、检偏器与光电探测器以及四分之一波片组成。电路系统包括激光电源、晶体配 置高压电源、交流调制信号发生器、偏压与光电流指示表，以及光电探测器、光电转换电路等。 图 4 电光调制实验装置 信号源面板如图 5 所示， 激光器 起偏器 电光晶体 1/4 波片 检偏器 光电探测器 示波器 激光器电源 电光调制实验仪 信号源

各部分功能如下： “信号选择”一一选择输出正弦波或是音频信号 “调制输出”一一输出晶体调制信号 “调制监视”一一示波器观察调制信号 “高压输出开关”一一拨向上为打开，拨向下为关闭，如果拨向上那么输出的调 制电压上就会叠加一个直流偏压，用于改变晶体的调制曲 线。 “高压选择”一一切换直流偏压的方向，即选择正高压或负高压。 “探测信号输入”一一接光电探测器的输出， “解调监视”一一对探测器输入的微弱信号进行处理后通过“解调监视”输出， 连接至示波器上观察。 “幅度调节”一一改变正弦信号的幅度 “高压调节”一一改变高压信号的幅值 在具体的连接中，由于调制输出与调制监视所输出的信号呈10倍关系，所以实验 中必须以“调制输出”接晶体调制器，“调制监视”接示波器观察。在观察电光调制现 象时，“光电探测器”通过一根两端都是BNC头的连接线连接至信号源的“探测信号输 入”，“解调监视”信号接至示波器观察。在进行音频实验时，则不需要示波器。 五、实验内容 1、测量电光晶体的半波电压 2、用四分之一波片改变工作点，观察输出特性 2、测量电光晶体的消光比和透过率 3、光通信实验 六、实验步骤 (一)调整光路系统 1、光路准直：打开激光器电源，调节光路，保证光线沿光轴通过。在光路调节过 程中，先将四分之一波片、电光晶体、起偏器和检偏器移走。在导轨上前后移动探测器 的位置，使得光束可以正入射到探测器的探测面上，光路准直调节完毕。 2、放上起偏器，使其表面与激光束垂直，且使光束在元件中心穿过。再放上检偏 器，使其表面也与激光束垂直，转动检偏器，使其与起偏器正交，这时光点消失，即所 谓的消光状态。 3、将铌酸锂晶体置于导轨上，调节晶体使其x轴在铅直方向，使其通光表面垂直于激光束 (这时晶体的光轴与入射方向平行，呈正入射)，这时观察晶体前后表面查看光束是否在晶体中 心，若没有，则精细调节晶体的二维调整架，保证使光束都通过晶体，且从晶体出来的反射光 与半导体的出射光束重合，此时输出光功率最大。 4、将直流正高压与交流电压同时加在晶体上，将高压旋钮调到最低，调整电光晶 体的角度，使示波器上显示倍频现象。 (二)测电光晶体的半波电压 2.1调制法 调制法，即将直流电压与交流电压同时加在晶体上，改变直流偏压的大小，解调 出现两次倍频现象之间的直流电压之差即为半波电压。具体步骤是：去掉1/4波片， 将正高压旋钮逆时针旋到底，调节电光晶体角度直至出现倍频（此时光强很小），逐 渐增加直流偏压，当出现第二次倍频现象时，记录“高压指示”表头的读数U1: >

7 各部分功能如下： “信号选择”——选择输出正弦波或是音频信号 “调制输出”——输出晶体调制信号 “调制监视”——示波器观察调制信号 “高压输出开关”——拨向上为打开，拨向下为关闭，如果拨向上那么输出的调 制电压上就会叠加一个直流偏压，用于改变晶体的调制曲 线。 “高压选择”——切换直流偏压的方向，即选择正高压或负高压。 “探测信号输入”——接光电探测器的输出， “解调监视”——对探测器输入的微弱信号进行处理后通过“解调监视”输出， 连接至示波器上观察。 “幅度调节”——改变正弦信号的幅度 “高压调节”——改变高压信号的幅值 在具体的连接中，由于调制输出与调制监视所输出的信号呈 10 倍关系，所以实验 中必须以“调制输出”接晶体调制器，“调制监视”接示波器观察。在观察电光调制现 象时，“光电探测器”通过一根两端都是 BNC 头的连接线连接至信号源的“探测信号输 入”，“解调监视”信号接至示波器观察。在进行音频实验时，则不需要示波器。 五、 实验内容 1、测量电光晶体的半波电压 2、用四分之一波片改变工作点，观察输出特性 2、测量电光晶体的消光比和透过率 3、光通信实验 六、实验步骤 （一）调整光路系统 1、光路准直：打开激光器电源，调节光路，保证光线沿光轴通过。在光路调节过 程中，先将四分之一波片、电光晶体、起偏器和检偏器移走。在导轨上前后移动探测器 的位置，使得光束可以正入射到探测器的探测面上，光路准直调节完毕。 2、放上起偏器，使其表面与激光束垂直，且使光束在元件中心穿过。再放上检偏 器，使其表面也与激光束垂直，转动检偏器，使其与起偏器正交，这时光点消失，即所 谓的消光状态。 3、将铌酸锂晶体置于导轨上，调节晶体使其x轴在铅直方向，使其通光表面垂直于激光束 （这时晶体的光轴与入射方向平行，呈正入射），这时观察晶体前后表面查看光束是否在晶体中 心，若没有，则精细调节晶体的二维调整架，保证使光束都通过晶体，且从晶体出来的反射光 与半导体的出射光束重合，此时输出光功率最大。 4、将直流正高压与交流电压同时加在晶体上，将高压旋钮调到最低，调整电光晶 体的角度，使示波器上显示倍频现象。 （二）测电光晶体的半波电压 2.1 调制法 调制法，即将直流电压与交流电压同时加在晶体上，改变直流偏压的大小，解调 出现两次倍频现象之间的直流电压之差即为半波电压。具体步骤是：去掉1/4波片， 将正高压旋钮逆时针旋到底，调节电光晶体角度直至出现倍频（此时光强很小），逐 渐增加直流偏压，当出现第二次倍频现象时，记录“高压指示”表头的读数U1；

U1”即为该晶体的半波电压。 2.2极值法 即晶体上只加直流电压，不加交流信号，把直流电压从小到大逐渐改变，输出的 光强将会出现极大极小值，相邻极大极小值之间对应的直流电压之差就是半波电压。 具体步骤是：去掉1/4波片，调节检偏器使输出光强最小，然后将信号源中正弦波的 输出幅度调节至零，打开高压开关，选择“正高压”，逐渐增加直流偏压，每隔10V增 大一次，读出相应的光电流输出值I,以偏压V为横坐标，光电流I为纵坐标，画出IV 关系曲线，即可确定半波电压'。（注：电压调节范围：0V~480V) 注：当输出电流值为极大值时，记下“高压指示”表头的读数，此读数即为该晶 体的半波电压。（亦可将高压选择开关切换为“负高压”，重复以上步骤，测得半波电 压。若正、负高压下测得的半波电压值相同，则该值就是晶体的实际半波电压值) (三)用四分之一波片改变工作点，观察输出特性(（选做) 在上述实验中，去掉晶体上加的直流偏压，把1/4波片置入晶体和偏振片之间，绕光轴缓 慢旋转时，可以看到输出波形随着发生变化。当波片的快慢轴平行于晶体的感应轴方向时， 输出光线性调制：当波片的快慢轴分别平行于晶体的x,y轴时，输出光失真，出现“倍频”失 真。因此，把波片旋转一周时，出现四次线性调制和四次“倍频”失真。 实验证明，通过晶体上加直流偏压可以改变调制器的工作点，也可以用1/4波片选择工作 点，其效果是一样的，但两种方法的机理是不同的。 (四)测电光晶体的消光比和透过率 通过极值法测得探测器输出光电流的极大极小值（由光强指示表头读出）。 由输出光电流的极大极小值得： 消光比 M-/ 将电光晶体从光路中取出，旋转检偏器，测出探测器输出的最大光强值I。(由光强 指示表头读出)，那么 透过率 T= max I (五)电光调制与光通讯实验演示 在调制法实验的基础上，保持光路组件位置不变，将“信号选择”开关拨到“音 频”信号，即可以使扬声器播放音乐。改变偏压（即调节声音调节电位器）或旋转波 片试听扬声器音量与音质的变化。用不透光物体遮住激光光线，声音消失，说明音频 信号是调制在激光上的，验证光通讯。 七、注意事项： 1.本实验使用的晶体根据其绝缘性能最大安全电压约为500V,超值易损坏晶体。 2.在实验过程中，应避免激光直射到人眼，以免对眼晴造成伤害。 3.本实验仪所用光学器件均为精密仪器，在使用时应十分小心。 4.本实验新型所设计的光强指示表头，只在直流条件下的读数为有效值。 5.光路轴向要求较高，反复调整光路测量才能得到相对可靠的实验数据

8 U1”即为该晶体的半波电压。 2.2 极值法 即晶体上只加直流电压，不加交流信号，把直流电压从小到大逐渐改变，输出的 光强将会出现极大极小值，相邻极大极小值之间对应的直流电压之差就是半波电压。 具体步骤是：去掉1/4波片，调节检偏器使输出光强最小，然后将信号源中正弦波的 输出幅度调节至零，打开高压开关，选择“正高压”，逐渐增加直流偏压，每隔10V增 大一次，读出相应的光电流输出值I，以偏压V为横坐标，光电流I为纵坐标，画出I~V 关系曲线，即可确定半波电压V 。（注： 电压调节范围：0V~480V） 注：当输出电流值为极大值时，记下“高压指示”表头的读数，此读数即为该晶 体的半波电压。(亦可将高压选择开关切换为“负高压”，重复以上步骤，测得半波电 压。若正、负高压下测得的半波电压值相同，则该值就是晶体的实际半波电压值) （三）用四分之一波片改变工作点，观察输出特性（选做） 在上述实验中，去掉晶体上加的直流偏压，把1/4波片置入晶体和偏振片之间，绕光轴缓 慢旋转时，可以看到输出波形随着发生变化。当波片的快慢轴平行于晶体的感应轴方向时， 输出光线性调制；当波片的快慢轴分别平行于晶体的x,y轴时，输出光失真，出现“倍频”失 真。因此，把波片旋转一周时，出现四次线性调制和四次“倍频”失真。 实验证明，通过晶体上加直流偏压可以改变调制器的工作点，也可以用1/4波片选择工作 点，其效果是一样的，但两种方法的机理是不同的。 （四）测电光晶体的消光比和透过率 通过极值法测得探测器输出光电流的极大极小值（由光强指示表头读出）。 由输出光电流的极大极小值得: 消光比 max min I M I  将电光晶体从光路中取出,旋转检偏器,测出探测器输出的最大光强值 o I （由光强 指示表头读出），那么 透过率 max o I T I  （五）电光调制与光通讯实验演示 在调制法实验的基础上，保持光路组件位置不变，将“信号选择”开关拨到“音 频”信号,即可以使扬声器播放音乐。改变偏压（即调节声音调节电位器）或旋转波 片试听扬声器音量与音质的变化。用不透光物体遮住激光光线，声音消失，说明音频 信号是调制在激光上的，验证光通讯。 七、注意事项: 1.本实验使用的晶体根据其绝缘性能最大安全电压约为 500V,超值易损坏晶体。 2.在实验过程中，应避免激光直射到人眼，以免对眼睛造成伤害。 3.本实验仪所用光学器件均为精密仪器，在使用时应十分小心。 4.本实验新型所设计的光强指示表头，只在直流条件下的读数为有效值。 5.光路轴向要求较高，反复调整光路测量才能得到相对可靠的实验数据